在高职项目教学中情景表现的应用研究》开题报告表.doc

研究生学位论文开题报告登记表学 院： 国际软件学院 专 业： 工程硕士 学 号： 2010212164149 姓 名： 周 峰 导师姓名： 王玉林 导师职称： 教 授 2012年1月15 日武汉大学关于研究生学位论文开题报告的规定根据中华人民共和国学位条例及其暂行实施办法和武汉大学学位授予工作细则的精神，为做好研究生学位论文的开题报告，保证学位论文质量，特作如下规定：第一条 学位论文开题报名是研究生写作论文的必经过程，所有研究生（含：博士生、硕士生）在修完学位课程，写作学位论文之前都必须作开题报告。第二条 开题报告主要检验研究生对专业知识的独立驾驭能力和研究能力，考察写作论文准备工作是否深入细致，包括选题是否恰当，资料占有是否翔实、全面，对国内外的研究现状是否了解，本人的研究是否具有开拓性、创新性等。第三条 学位论文开题报告前，研究生必须根据专业培养目标，结合导师、教研室（或研究室）所承担的国家、省部委等有关部门下达的研究项目或课题以及本人的研究特长，与导师协商，确定选题，广泛查阅文献，深入调研，收集资料，制定学术研究方案，在此基础上撰写开题报名。第四条 研究生进行开题报名，必须提交“开题报告”的书面材料，内容包括：（1）论文选题的理由或意义；（2）国内外关于该课题的研究现状及趋势；（3）本人的研究计划，包括研究目标、内容、拟突破的难题或攻克的难关、自己的创新或特色、实验方案或写作计划等；（4）主要参考文献目录。开题报告的书面材料不得少于3000字。第五条 研究生进行学位论文开题报告要向导师提出申请，申请获准后，博士生在博士生指导小组范围内作开题报告，硕士生在导师所在教研室或教学小组作开题报告。参加开题报告的教师，包括导师在内，一般不得少于3人。第六条 参加研究生学位论文开题报告的教师应当对开题报告进行评议，主要评议论文选题是否恰当，研究设想是否合理、可行，研究内容与方法是否具有开拓性、创新性，研究生是否可以开始进行论文写作等。评议结果分“合格”与“不合格”二种。评议结束后，由研究生指导教师在研究生学位论文开题报告登记表“评语”栏中填写评语。学位论文开题报告通过后，研究生方可进行论文撰写工作。第七条 开题报告结束后，研究生应将研究生学位论文开题报告登记表交所在培养单位存档，研究生院将不定期抽查研究生开题报告材料。第八条 本规定自发布之日起开始实行。第九条 本规定由研究生院负责解释。武汉大学研究生院研究生学位论文开题报告表姓名周峰院、系（所）国际软件学院学科专业软件工程攻读学位硕士研究方向数字媒体艺术指导教师王玉林拟定学位论文题目：三维交互技术在高职工科专业课程情景多媒体展示的应用研究参加开题报告教师人数（暂不填写）参加旁听学生人数（暂不填写）题报告组成人员姓 名职 称所 在 工 作 单 位薛超英教授（暂不填写）翁子扬副教授陈珉教授朱国宾教授王玉林教授杨弘高工基于VR三维交互技术在高职项目实践教学中的应用研究一、选题意义 随着社会的发展，人们的生活物质水平得到了改善和提高，在物质和精神生活基本满足的条件下，对文化内容的需求不管是在形式上还是内容上都有了更高的要求。特别是在当今的信息社会，对于数字化技术、网络化技术的依赖性不断的加强。于是丰富多彩、实施互动的数字化服务不断孕育而生。现今在很多行业中数字化技术都在扮演着极其重要的角色，不断为其提高工作效率、效益。在影视行业中数字化特效已经发展到不可代替的地位，同时也由于影视特效的丰富而真实的表现，极大的满足了人们对视觉效果的追求。数字化城市的中全景虚拟漫游方式逐渐得到推广和应用，人们不仅能够通过互联网获取全面的旅游出行信息，更能够满足自己个性化需求的旅游出行服务。伴随房地产行业的发展，从为楼盘做虚拟现实的效果表现设计到宣传广告中全景漫游动画的制作无不和数字技术、三维技术密切相连。还有无孔不入的广告行业更是从平面设计到影视广告所涉及到的每个角落都把数字技术运用得精彩纷呈，早已脱离了传统的制作思维。回观我们国内的高职教育行业。改革开放以来,中国的教育改革成绩斐然。随着市场经济体制的逐步建立和完善,计划经济和行政指令色彩浓重的教育改革逐渐被法律、制度规范的教育改革所代替。在这一社会转型过程中,职业教育也从被虚化的边缘被拉回了正轨的方向。发布于1999年6月13日的中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定将高职教育明确为是高等教育的重要组成部分。高职教育的发展从无到有,从小到大,至今已经在高等教育中占据举足轻重的地位。截至2010年3月,全国高职高专院校已达1168所,占普通高校的 60%,有近900万的在校生,700多种专业,涵盖一、二、三产业和新兴产业,教育思路普遍为“以服务为宗旨,以就业为导向,走产学研结合发展道路”。中国特色的高职教育体系的逐步建立,在新型工业化、劳动力转移与再就业等方面发挥着不可替代的作用。2006年11月16日颁布的关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见(教高200616号文件)，大力提倡提高高等职业教育教学质量，国内职业教育行业迅速飞快的发展。把新兴的数字化技术运用于其中，为职业教育提高效率、效益是当今和未来必然的发展趋势。在国内已经有多种形式的数字化技术运用在高职教育领域。经过不少教育专家的努力，数字化校园、数字化教学资源库、数字化教学实训室等已经得到全面的推广和使用。纵观以上技术基本上是基于办公自动化系统、数字化图书馆、管理信息系统和网络教学系统等，包括电子邮件、文件传输、信息发布、域名服务、身份认证、目录服务、教学资料的存储和调用等方面；基本都是服务于教学的，只起到辅助作用。而真正用于教学，起到引发学生学习的兴趣，加深对知识直接的感性和理性理解的还处在空缺状态。高职教育中专业课程的教学情景设计和运用，还处在传统的手段阶段。“项目教学、行动导向”教学方法在国内的高职教育中已经得到全面推广和使用。这些教学方法实施更突出了项目教学中情景的重要性。情景教学法认为：在教学过程中，教师有目的地引入或创设具有一定情绪色彩的、以形象为主体的生动具体的场景，以引起学生一定的态度体验，从而帮助学生理解知识，并使学生的心理机能得到发展的教学方法。情境教学法的核心在于激发学生的情感。数字化三维技术中的交互技术，对于高职的情景教学来说是非常适用的。它能在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，能使学生具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力，并有助于启发构思。真实感和互动性使学生对于学习的兴趣、知识技能的理解和掌握都起到决定性的作用。研究的理论意义1.把数字化三维交互技术和高职的“项目教学、行动导向”教学方法结合，用于情景教学的情景表现，充分发挥数字化三维交互技术的优势。将虚拟信息环境、生动的交互性和项目教学相结合，使学生在行动中体会到所学知识的意境，对于提高学生的学习兴趣、提高教学质量都有极其深远的意义。2.对于系统开发者而言，能够给我们积累丰富的数字化三维交互技术依据及理论基础，为今后在这一领域发展打下良好基础。研究的实际意义1.对于项目情景教学而言，把现代的数字化三维交互技术融入其中，使教育的手段和方法多样化，在一定程度上解决了教学中情景和意境难以表达的困境。纵观高职教学领域，不管是工科类课程还是文科类课程，在具体的项目教学当中最难以解决的问题就是：项目情景的搭建和意境的表达。如：汽车维修与保养这门工科类课程，在“发动机的维修与保养”这个项目教学中如果按照传统的教学方式，假设学院只有一台发动机，那么这台发动机不知道要拆装多少次，设备容易消耗；为每个学生配一台，学院的教学设备投入又过大。如果将数字化三维交互技术结合其中，在课程中每个学生可以根据内容的要求结合自身的学习进度和难度，在虚拟的环境中进行操作；而且不担心操作失误所造成的设备损耗。经过虚拟环境学习的学生，在操作流程、熟练度都有了一定的基础，然后再经历正式的发动机操作学习，这样的学习肯定的会达到事半功倍的效果。这个效果也是可以在其他科目的教学中去实现的。如经济类营销科目中卖场的设计和货物的摆设、设计施工类建筑装饰施工等等课程，都可以在具体的项目教学中实施“先虚拟环境中练习，后真实项目操作”的教学过程以达到教学效果。2.设计传媒教研室承接了柳州城市职业学院三维交互技术在高职项目教学中情景表现应用系统的项目开发立项，主动服务学院的课程改革和课程的建设，为学院的教学提供智力支持和人才支持。二、国内外的研究现状及趋势虚拟现实技术（简称VR），又称灵境技术，具有超越现实的虚拟性。而数字化三维交互技术是VR技术发展的产物，它是伴随多媒体技术发展起来的计算机新技术，利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨率显示技术，生成三维逼真的虚拟环境。用户需要通过特殊的交互设备才能进入虚拟环境中。这是一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而大大推进了计算机技术的发展。1.美国的研究状况美国是VR技术的发源地。美国VR研究技术的水平基本上就代表国际VR发展的水平。自1958年美国宇航局 （NASA）成立，便建立Ames实验室。这个实验室完善了HMD；并将VPL的数据手套工程化，使其成为可用性较高的产品。NASA研究的重点放在对空间站操纵的实时仿真上，建立航空、卫星维护VR系统，空间站VR训练系统，VR教育系统。1962年，美国青年（Morton Heilig）,发明了实感全景仿真机。虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三个I，即Immersion沉浸感，Interaction交互性，Imagination思维构想性，作为虚拟现实技术最本质的特点，并融合了其它先进技术。1985年麻省理工学院MIT成立了媒体实验室，进行虚拟环境的正规研究。这个媒体实验室建立了一个名叫BOLIO的测试环境，用于进行不同图形仿真技术的实验。利用这一环境，MIT建立了一个虚拟环境下的对象运动跟踪动态系统。另外，MIT还在进行“路径计划”与“运动计划”等研究。1991年，SRI(美国斯坦福研究院)研究中心建立了“视觉感知计划”，研究现有VR技术的进一步发展。SRI进行了利用VR技术对军用飞机或车辆驾驶的训练研究，试图通过仿真来减少飞行事故。华盛顿大学华盛顿技术中心的人机界面技术实验室（HIT Lab）在新概念的研究中起着领先作用，同时也在进行感觉、知觉、认知和运动控制能力的研究。HIT将VR研究引入了教育、设计、娱乐和制造领域。例如，波音公司的V22运输机就是先在实验室中造出虚拟机后再投入生产的。从20世纪90年代初期VRML（虚拟现实建模语言）出现，到1996年8月在新奥尔良召开的优秀3D图形技术会议-Siggraph96上公布通过了规范的VRML2.0标准，它在 VRML1.0的基础上进行了很大的补充和完善。以Blaxxun和ParallelGraphics公司为代表，它们都有各自的VR浏览器插件。并各自开发基于VRML标准的扩展节点功能。使3D的效果，交互性能更加完美。并各自为适应X3D的发展，以X3D为核心，有Blaxxun3D等相关产品。在虚拟场景，尤其是大场景的应用方面，以VRML标准为核心的技术具有独特的优势。2.日本的研究状况在当前实用虚拟现实技术的研究与开发中，日本是居于领先地位的国家之一，东京技术学院精密和智能实验室研究了一个用于建立三维模型的人性化界面，称为SPINAR（Space Interface Device for Artificial Reality）系统。NEC公司计算机和通信分部中的系统研究实验室开发了一种虚拟现实系统，它能让操作者都使用代用手去处理三维CAD中的形体模型，该系统通过VPL公司的数据手套把对模型的处理与操作者手的运动联系起来。 3.英国的研究状况截至1991年底，英国已有从事VR的六个主要中心，它们分别是Windustries（工业集团公司）、British Aerospace（英国航空公司）、Dimension International、Division Ltd、Advanced Robotics Research Center和Virtual Presence Ltd（主要从事VR职产品销售）。4.国内的研究状况 我国VR技术还有一定的差距，但已引起政府有关部门和科学家们的高度重视。根据我国的国情，制定了开展VR技术的研究，例如，九五规划、国家自然科学基金会、国家高技术研究发展计划等都把VR列入了研究项目。 在紧跟国际新技术的同时，国内一些重点院校，已积极投入到了这一领域的研究工作。北京航空航天大学计算机系是国内最早进行VR研究、最有权威的单位之一。着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出了部分硬件，实现了分布式虚拟环境网络设计，提供虚拟现实演示环境，提供用于飞行员训练的虚拟现实系统，提供开发虚拟现实应用系统的开发平台。浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统，该系统采用了层面迭加的绘制技术和预消隐技术，实现了立体视觉，同时还提供了方便的交互工具，使整个系统的实时性和画面的真实感都达到了较高的水平。哈尔滨工业大学计算机系已轻成功地虚拟出了人的高级行为中特定人脸图像的合成，表情的合成和唇动的合成等技术问题，并正在研究人说话时头势和手势动作，话音和语调的向步等。北方工业大学CAD研究中心是我国最早开展计算机动画研究的单位之一，中国第一部完全用计算机动画技术制作的科教片相似就出自该中心。关于虚拟现实的研究已经完成了2个“863”项目，完成了体视动画的自动生成部分算法与合成软件处理，完成了VR图像处理与演示系统的多媒体平台及相关的音频资料库。三、本人的研究计划1.研究目标本文以柳州城市职业学院三维交互技术在高职项目教学中情景表现应用系统的项目课题支持下展开研究的，文中探讨了基于3DS MAX三维建模、动画制作与虚拟现实平台Quest3D、VR-Platform相结合，实现三维场景的人机交互和虚拟仿真的关键技术；研究虚拟现实、三维交互技术在高职项目教学情境表现中的运用。以柳州城市职业学院机电工程系汽车维修与保养课程中动机的拆装与维修例，开发常规发动机的拆装与维修虚拟三维交互式多媒体课件，学生可在多媒体课件中选择点击自己所要学习的环节内容来学习。在环节内容的学习中，除了有大量详细的文字、图片和视频操作流程外，最重要的是虚拟三维交互式流程操作环节的内容。虚拟三维交互式流程操作环节以虚拟现实的方式将相机作为标记，配合鼠标和键盘；学生所学习的流程环节，点击相机图标即可进入虚拟三维交互式流程的操作练习。对汽车维修与保养课程中发动机的拆装与维修进行实景操作流程拍摄，根据操作流程分为若干内容。利用三维软件根据拍摄的内容进行建模、制作动画、动画特效，利用虚拟现实软件制作成三维虚拟交互式操作平台。通过网络或多媒体展示终端进行浏览。学生置身真实现场一样的体验。同时对高职课程的课程建设和项目教学中的情景实现手段进行研究。2.研究内容以高职课程发动机的拆装与维修为内容制作多媒体，对常规发动机的拆装与维修制作成虚拟三维交互流程操作系统平台。通过网络或多媒体展示终端进行展示，让学生置身于现场一样的操作体验。学生在真实的操作之前先进行虚拟现实环境中练习，增加操作熟练度、激发学习的兴趣，使学生真正融入到课程项目教学的情景中。增加学生的操练量，减少教学设备投入，减低设备消耗。研究的主要内容及成果：本项目主要的技术指标是开发“常规发动机拆装与维修拟三维交互流程操作系统平台”，并制作本系统的产品说明书，系统与互联网拼接，学生可通过网络进行交互访问。对高职课程的课程建设和项目教学中的情景实现手段进行研究，为课程建设建立良好的互动信息服务平台。3.拟突破的难题或攻克的难关：研究常规发动机的运行流程，并进行数据采用，将相关流程进行分解。三维模型的建立。三维交互平台的运行，交互控制。三维交互平台网络的搭建及正常运行。采用的工艺路线 发动机数据采集发动机拆装/维护流程进行分解三维模型的建立三维交互平台的建立交互控制网络运行。利用Photoshop、三维交互制作软件、3dsmax等计算机辅助设计软件。运用Java，网页或QuickTime等格式发布。4.创新或特色：将虚拟现实的技术运用到高职的课堂教学情景中，实现教学情景和学生之间的实施交互，极大限度的提高学生学习兴趣和教学效率。实现“项目教学、行动导向”教学方法和数字虚拟交合技术完美结合。实现实景360度图像三维交互；虚拟模拟全场流程操作，适时纠正操作的错误，三维交互系统结构体系设计；Java，网页或QuickTime等格式运用；三维交互平台网络的搭建；即系统既保证不占用较多的网络资源又能承载大的虚拟模拟操作。通过网络或多媒体展示终端进行展示，让学生置身现场一样的体验，在观者鼠标的轻点之下就可以虚拟模拟复杂的流程操作，可大幅度增加学生的练习量和熟练度。激发学生的学习兴趣兴趣。本项目的建设体现高校积极主动利用数字技术建设课程，为地方经济提供智力支持和人才支持。5.实验方案或写作计划：选题（2011.092012.01）；搜集素材和阅读整理材料（2012.012012.02）；资料分析，确定研究思路（2012.0220112.03）；调研实践（2012.032012.04）；第四步，撰写成文（2012.042012.06）； 论文修改与定稿（2012.0607）；论文打印，申请答辩（2012.08）6.论文写作大纲：目录第一章 绪论1.1 研究背景1.2研究意义1.3 国内外的研究现状及趋势1.4 论文的研究目的、内容和技术路线1.4.1 研究目的1.4.2 研究内容1.4.3 技术路线1.5 本人的具体工作1.6 论文组织结构第二章 VR三维交互技术在高职项目教学体系中的研究与应用情况2.1 高职教育实践教学方法系统研究综述2.2高职实践教学现状-以柳州城市职业学院为例2.3 VR三维交互技术在高职项目教学中的应用概述2.4 VR三维交互技术在高职项目实践教学中的必要性第三章发动机的拆装与维修虚拟三维交互式流程操作系统的相关理论及方法技术综述3.1 发动机的拆装与维修虚拟三维交互式流程操作系统基本理论概述3.2存在的主要问题3.3虚拟现实技术3.3.1三维虚拟交互技术的简介3.2.2 Quest3D三维虚拟交互技术的简介3.3.3三维动画(3dsMax)技术的简介3.3.4二维平面(Photoshop)技术的简介3.3.5播放器(QuickTime)技术的简介3.4.1 基于Quest3D技术的优势3.4.2基于网页的发布技术的优势3.5 其它设计软件与交互技术相融合的可行性第四章 发动机的拆装与维修虚拟三维交互式流程操作系统开发中数字软件的实例应用4.1 Quest3D部分实例4.2 3dsMax实例制作及分析4.3 Quest3D实例制作及分析4.4 Photoshop实例制作及分析4.5网页实例制作及分析4.6 QuickTime实例制作及分析4.7 数字软件应用技术分析及优劣比较4.8 发动机的拆装与维修虚拟三维交互式流程操作系统最终效果展示第五章 总结和展望5.1 研究成果5.2 论文不足及展望参考文献致谢参考文献【1】韩宝菊, 虚拟现实技术及其在液压教学中的应用浙江工业职业技术学院，2010【2】佟晓研，虚拟现实技术在教育教学中的应用 呼伦贝尔学院计算机科学与技术学院，2009,【3】张静，虚拟现实技术在电力机车设计中的运用南车株洲电力机车有限公司 2010【4】李辛沫.基于vRML的五邑大学虚拟校园漫游系统J.五邑大学学报(自然科学版)，2004，【5】邹沐昌，代玉仁.用vR加!L实现虚拟燕大校园的浏览设计IJ燕山大学学报，2001，【6】谢百治，现代教育技术与教学改革D.第四军医大学，1999【7】余胜泉，网络时代的教育模式与教学方法北京师范大学现代教育技术研究所，2003，【8】梁仕权，触觉交互技术在逆向工程中的运用 广东工业大学硕士学位论文 2010【9】